바이오의약품 공정 최적화를 위한 호흡 가스 분석의 힘

Aug 14, 2023

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발효 및 포유동물 세포 배양은 치료용 단일클론 항체 및 백신을 포함한 많은 의약품 생산에 중요한 공정이며, 세포 및 유전자 치료법의 최근 발전을 뒷받침합니다. 세포 배양과 그 환경은 바이오의약품 제조에 대한 엄격한 통제를 충족하고 높은 수율을 보장하고 원치 않는 부산물을 방지하기 위해 주의 깊게 모니터링되어야 합니다. 호흡 가스 분석은 배양 중에 배양에 공급되고 배양에 의해 생성되는 가스를 모니터링하여 세포의 행동과 생산성을 특성화하는 데 사용할 수 있습니다. 온라인 공정 질량분석법은 공정 모니터링을 위한 규제 프레임워크에 적합한 지속적인 호흡 가스 분석을 위한 기술로, 세포 배양 또는 발효 중에 공정 통찰력을 개선하고 더 나은 결과를 도출하는 데 유용한 도구입니다.

프로세스 분석 기술(PAT)은 지속적인 모니터링을 사용하여 실시간 측정을 통해 프로세스가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해합니다. 생성된 데이터는 프로세스 제어 및 결과를 개선하는 데 사용될 수 있습니다. 바이오제약 산업 내에서 이러한 결과에는 제품 품질 개선, 규정 준수 보장, 처리 시간 단축, 신제품 개발 가속화 등이 포함될 수 있습니다. PAT는 유지/개선이 필요한 프로세스에 대한 주요 품질 속성(CQA)을 이해하는 것부터 시작하여 어떤 CPP(중요 프로세스 매개변수)가 해당 CQA에 영향을 미치는지 식별하고 궁극적으로 지속적인 모니터링 및 제어를 수행하는 다단계 프로세스입니다. 프로세스 결과를 개선하기 위한 CPP.

그림 1: PAT 구현 단계.

모니터링되는 워크플로 유형에 따라 의약품 개발 및 제조에 사용되는 다양한 유형의 PAT가 있습니다. 발효는 수확량을 늘리고 원치 않는 부산물을 방지하기 위해 환경을 주의 깊게 제어하고 배양 상태를 모니터링해야 하는 복잡한 과정입니다. 바이오제약 발효 중에 살포 가스는 산소를 제공하고, pH와 온도 제어를 돕고, 바이오리액터 내에서 효율적인 혼합을 촉진합니다. 이 과정에는 세포의 성장과 신진대사를 위한 최적의 환경을 조성하기 위해 산소, 이산화탄소, 질소를 포함한 다양한 가스를 주의 깊게 조절하는 과정이 포함됩니다. 발효는 또한 이산화탄소 및 기타 대사 부산물과 같은 배출 가스 또는 배출 가스를 생성합니다. 귀중한 휘발성 화합물의 잠재적인 손실을 최소화하는 동시에 이러한 배출 가스를 제거하기 위한 적절한 가스 흐름 관리는 필수적입니다. 축적되면 세포 성장과 생성물 형성이 억제될 수 있기 때문입니다.

살포 가스와 출구 가스 모두에 대한 온라인 모니터링을 사용하여 호흡 지수(RQ), 즉 산소 소비량과 이산화탄소 발생률을 계산할 수 있습니다. RQ를 아는 것은 문화의 건강 상태를 이해하는 데 필수적이며, 이는 대사 효율과 소비되는 영양소의 유형을 모두 나타냅니다. 휘발성 가스를 포함한 생물반응기의 입구 및 출구 가스 농도에 대한 정밀한 평가는 환경의 무균 상태를 손상시키지 않으면서 비침습적인 방식으로 배양의 성장 동역학과 기질 소비를 정확하게 추적할 수 있는 이상적인 접근 방식을 제공합니다. 이 데이터는 프로세스, 공급 시간 및 유도 시작을 최적화하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 최대 생존 세포 질량을 위해 발효를 중지하는 이상적인 시간을 결정하는 데 도움이 되는 귀중한 통찰력을 제공합니다. 실시간 가스 분석은 또한 접종 전에 오염을 식별하고 원치 않는 부산물과 중독 시작을 감지할 수 있는 기회를 제공합니다. 이러한 요소는 전반적인 제조 효율성을 향상시키고, 과잉 가공 및 폐기물을 줄이며, 바이오의약품 수율과 수익을 높이는 데 기여합니다.